Η θερμική ενέργεια ή η εσωτερική ενέργεια ορίζεται ως το άθροισμα της κινητικής και δυνητικής ενέργειας που σχετίζεται με τα μικροσκοπικά στοιχεία που απαρτίζουν την ύλη.
Τα άτομα και τα μόρια που αποτελούν τα σώματα έχουν τυχαίες κινήσεις μετάφρασης, περιστροφής και δόνησης. Αυτή η κίνηση ονομάζεται θερμική ανάδευση.
Η διακύμανση της θερμικής ενέργειας σε ένα σύστημα συμβαίνει μέσω εργασίας ή θερμότητας.
Για παράδειγμα, όταν χρησιμοποιούμε χειροκίνητη αντλία για να φουσκώσουμε ένα ελαστικό ποδηλάτου, παρατηρούμε ότι η αντλία θερμαίνεται. Σε αυτήν την περίπτωση, η αύξηση της θερμικής ενέργειας συνέβη με τη μηχανική μεταφορά ενέργειας (εργασία).
Η μεταφορά θερμότητας συνήθως προκαλεί αύξηση στην ανάδευση μορίων και ατόμων σε ένα σώμα. Αυτό προκαλεί αύξηση της θερμικής ενέργειας και κατά συνέπεια αύξηση της θερμοκρασίας της.
Όταν δύο σώματα με διαφορετικές θερμοκρασίες έρχονται σε επαφή, πραγματοποιείται μεταφορά ενέργειας μεταξύ τους. Μετά από ένα ορισμένο χρονικό διάστημα, και οι δύο θα έχουν την ίδια θερμοκρασία, δηλαδή θα φτάσουν στο θερμική ισορροπία.
Θερμική ενέργεια, θερμότητα και θερμοκρασία
Αν και οι έννοιες της θερμοκρασίας, της θερμότητας και της θερμικής ενέργειας συγχέονται στην καθημερινή ζωή, φυσικά δεν αντιπροσωπεύουν το ίδιο πράγμα.
Η θερμότητα είναι ενέργεια κατά τη μεταφορά, επομένως δεν έχει νόημα να πούμε ότι ένα σώμα έχει θερμότητα. Στην πραγματικότητα, το σώμα έχει εσωτερική ή θερμική ενέργεια.
Η θερμοκρασία ποσοτικοποιεί τις έννοιες του ζεστού και του κρύου. Επιπλέον, είναι η ιδιότητα που διέπει τη μεταφορά θερμότητας μεταξύ δύο σωμάτων.
Η μεταφορά ενέργειας με τη μορφή θερμότητας συμβαίνει μόνο λόγω της διαφοράς θερμοκρασίας μεταξύ δύο σωμάτων. Εμφανίζεται αυθόρμητα από το σώμα με την υψηλότερη θερμοκρασία έως τη χαμηλότερη θερμοκρασία.
Υπάρχουν τρεις τρόποι εξάπλωση θερμότητας: αγωγιμότητα, μεταφορά και ακτινοβολία.
Στο οδήγηση, η θερμική ενέργεια μεταδίδεται μέσω μοριακής ανάδευσης. Στο μεταγωγή Η ενέργεια διαδίδεται μέσω της κίνησης του θερμαινόμενου υγρού, καθώς η πυκνότητα ποικίλει ανάλογα με τη θερμοκρασία
ήδη στο θερμική ακτινοβολία, η μετάδοση πραγματοποιείται μέσω ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων.
Για να μάθετε περισσότερα, διαβάστε επίσης Θερμότητα και θερμοκρασία
Τύπος
Η εσωτερική ενέργεια ενός ιδανικού αερίου, που σχηματίζεται από έναν μόνο τύπο ατόμου, μπορεί να υπολογιστεί με τον ακόλουθο τύπο:
Να εισαι,
U: εσωτερική ενέργεια. Η μονάδα στο διεθνές σύστημα είναι η joule (J)
n: γραμμομοριακός αριθμός αερίου
R: ιδανική σταθερά αερίου
T: θερμοκρασία σε kelvin (K)
Παράδειγμα
Ποια είναι η εσωτερική ενέργεια των 2 mol ενός τέλειου αερίου, το οποίο σε μια δεδομένη στιγμή έχει θερμοκρασία 27 ° C;
Εξετάστε το R = 8,31 J / mol. Κ.
Πρώτα πρέπει να αλλάξουμε τη θερμοκρασία σε kelvin, οπότε θα έχουμε:
T = 27 + 273 = 300 Κ
Στη συνέχεια, απλώς αντικαταστήστε τον στον τύπο
Χρήση θερμικής ενέργειας
Από την αρχή, έχουμε χρησιμοποιήσει θερμική ενέργεια από τον Ήλιο. Επιπλέον, ο άνθρωπος πάντα αναζητούσε να δημιουργήσει συσκευές ικανές να μετατρέψουν και να πολλαπλασιάσουν αυτούς τους πόρους σε χρήσιμη ενέργεια, κυρίως στην παραγωγή ηλεκτρική ενέργεια και μεταφορά.
Ο μετασχηματισμός της θερμικής ενέργειας σε ηλεκτρική ενέργεια, που θα χρησιμοποιηθεί σε μεγάλη κλίμακα, πραγματοποιείται σε θερμοηλεκτρικά και θερμοπυρηνικά εργοστάσια.
Σε αυτές τις εγκαταστάσεις, κάποιο καύσιμο χρησιμοποιείται για τη θέρμανση του νερού σε λέβητα. Ο ατμός που παράγεται κινεί τους στροβίλους που συνδέονται με τη γεννήτρια ηλεκτρικής ενέργειας.
Στο θερμοπυρηνικά φυτά, η θέρμανση του νερού γίνεται μέσω θερμικής ενέργειας που εκλύεται από την αντίδραση πυρηνικής σχάσης ραδιενεργών στοιχείων.
ήδη το θερμοηλεκτρικά φυτά, χρησιμοποιήστε την καύση ανανεώσιμων και μη ανανεώσιμων πρώτων υλών για τον ίδιο σκοπό.
Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα
Οι θερμοηλεκτρικοί σταθμοί παραγωγής ενέργειας, γενικά, έχουν το πλεονέκτημα ότι μπορούν να εγκατασταθούν κοντά σε κέντρα κατανάλωσης, γεγονός που μειώνει το κόστος με την εγκατάσταση δικτύων διανομής. Επιπλέον, δεν εξαρτώνται από φυσικούς παράγοντες για τη λειτουργία, όπως συμβαίνει με τα φυτά υδροηλεκτρικές εγκαταστάσεις και άνεμος.
Ωστόσο, είναι επίσης ο δεύτερος μεγαλύτερος παραγωγός φυσικού αερίου. το φαινόμενο του θερμοκηπίου. Οι κύριες επιπτώσεις του είναι η εκπομπή ρυπογόνων αερίων που μειώνουν την ποιότητα του αέρα και τη θέρμανση των υδάτων του ποταμού.
Τα φυτά αυτού του τύπου παρουσιάζουν διαφορές ανάλογα με τον τύπο καυσίμου που χρησιμοποιείται. Στον παρακάτω πίνακα, παρουσιάζουμε τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα των βασικών καυσίμων που χρησιμοποιούνται σήμερα.
τύπος φυτού |
Οφέλη |
Μειονεκτήματα |
|---|---|---|
Θερμοηλεκτρικό έως Κάρβουνο |
• Υψηλή παραγωγικότητα • Χαμηλό κόστος καυσίμου και κατασκευής |
• Είναι εκείνο που εκπέμπει τα περισσότερα αέρια θερμοκηπίου • Τα εκπεμπόμενα αέρια προκαλούν όξινη βροχή
• Η ρύπανση προκαλεί αναπνευστικά προβλήματα |
Θερμοηλεκτρικό έως φυσικό αέριο |
• Λιγότερη τοπική ρύπανση σε σύγκριση με τον άνθρακα • Χαμηλό κόστος κατασκευής |
• Υψηλές εκπομπές αερίων θερμοκηπίου • Πολύ μεγάλη διακύμανση στο κόστος καυσίμου (που σχετίζεται με την τιμή του λαδιού) |
Θερμοηλεκτρικό έως βιομάζα |
• Χαμηλό κόστος καυσίμου και κατασκευής • Χαμηλές εκπομπές αερίων θερμοκηπίου |
• Δυνατότητα αποψίλωσης για την καλλιέργεια φυτών που θα οδηγήσουν σε βιομάζα. • Αμφισβητήστε το χώρο της γης με την παραγωγή τροφίμων |
Θερμοπυρηνικός |
• Δεν υπάρχει σχεδόν καμία εκπομπή αερίων του θερμοκηπίου • Υψηλή παραγωγικότητα |
• Υψηλό κόστος • Παραγωγή του ραδιενεργά σκουπίδια
• Οι συνέπειες των ατυχημάτων είναι πολύ σοβαρές |
Δείτε επίσης:
- Πηγές ενέργειας
- Ασκήσεις πηγών ενέργειας (με πρότυπο).
